一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料及其制备方法，该微波介质陶瓷材料的化学组成为Li2Mg3ZrO6，其介电常数为11.8～12.6，介电损耗为0.000097～0.00015，Q×f为61000～86000GHz，谐振频率温度系数为-40～-33ppm/℃，采用高温固相反应法制备而成。本发明专利技术微波介质陶瓷材料制备方法简单，所用原料丰富、成本低廉，有利于工业化生产，所制得的微波介质陶瓷性能稳定，可作为电子线路基板、介质谐振器、滤波器、高频卫星微波器件基板与微带线的制造材料使用，在电子线路、微波移动通信、卫星通信、雷达系统领域上具有重要应用前景及经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电子信息材料及其器件
，特别涉及一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300MHz～300GHz)电路中作为介质材料完成一种或多种功能的陶瓷材料。理想微波介质陶瓷具有合适的介电常数(εr)、高品质因数(Q×f)以及趋于零的谐振频率温度系数(τf)。用微波介质陶瓷制作的谐振器、滤波器、微波集成电路基片等元器件，在移动通信、无线局域网、军事通信等现代通信技术中得到了广泛应用。此外，随着通信设备运行频率的不断提高，系统损耗和发热量随之增大，系统稳定性逐渐变差。为克服频率拓宽带来的众多问题，亟需开发高Q值和低、中εr(10≤εr≤25)以及近零τf值的微波介质材料。低εr能减小材料与电极之间的交互耦合损耗，并提高信号传输速率，低介电损耗有利于提高器件工作频率的可选择性，近零τf有助于提高器件的频率温度稳定特性。传统的低εr陶瓷主要是由玻璃-陶瓷(微晶玻璃)、玻璃+陶瓷(多相陶瓷)等组成。玻璃陶瓷材料虽然能在较低温度下烧结，但由于大量低熔点玻璃物质的引入，增加了材料的介质损耗，很难在高频下使用。为适应电子元器件向高频、高速方向发展的需要，新型低介电常数(εr<15)、高Q值微波介质陶瓷材料越来越受到国内外材料学者的重视。近年来报道的典型低εr、高Q值材料体系主要包括：M2SiO4(M＝Mg、Zn)基、Al2O3基、A4M2O9(A＝Co、Mg；B＝Nb、Ta)和尖晶石结构M2TiO4(M＝Cu、Zn、Ni等)基微波介质陶瓷。专利技术内容本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种新型的具有低介电常数和优异微波介电性能的锆酸镁锂微波介质陶瓷材料，以及该陶瓷材料的制备方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是：该低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料的化学组成为Li2Mg3ZrO6，其介电常数为11.8～12.6，介电损耗为0.000097～0.00015，Q×f为61000～86000GHz，谐振频率温度系数为-40～-33ppm/℃。上述的低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料的制备方法由下述步骤组成：1、混料按照Li2Mg3ZrO6的化学计量比称取原料纯度大于99.9％的Li2CO3粉、MgO粉、ZrO2粉，将原料与氧化锆球、无水乙醇按质量比为1∶2∶2装入球磨罐中，充分混合球磨6～10小时，80～100℃干燥。2、预烧将步骤1干燥后的混合物在1100～1300℃预烧4～6小时，制备成预烧粉。3、二次混料将预烧粉与氧化锆球、无水乙醇按质量比为1∶2∶2装入球磨罐中，充分混合球磨6～10小时，80～100℃干燥。4、造粒、成型向步骤3干燥后的预烧粉中加入质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，过80～120目筛，再用粉末压片机压制成圆柱形生坯。5、烧结将步骤4得到的圆柱形生坯在1300～1400℃烧结2～10小时，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。上述步骤2中，优选将步骤1干燥后的混合物在1200℃预烧4小时。上述步骤5中，优选将步骤4得到的圆柱形生坯在1380℃烧结6小时。本专利技术微波介质陶瓷材料制备方法简单，所用原料丰富、成本低廉，有利于工业化生产，所制得的微波介质陶瓷具有低介电常数和优异的微波介电性能，可作为电子线路基板、介质谐振器、滤波器、高频卫星微波器件基板与微带线的制造材料使用，在电子线路、微波移动通信、卫星通信、雷达系统领域上具有重要应用前景及经济价值。附图说明图1是实施例1～6制备的低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料的X射线衍射图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例11、混料按照Li2Mg3ZrO6的化学计量比，称取原料纯度大于99.9％的Li2CO3粉2.751g、MgO粉4.414g、ZrO2粉4.496g，将原料与氧化锆球、无水乙醇按质量比为1∶2∶2装入球磨罐中，360转/分钟充分混合球磨8小时，80～100℃干燥12小时。2、预烧将步骤1干燥后的混合物置于氧化铝坩埚内，以2℃/分钟的升温速率升温至1200℃，恒温预烧4小时，制备成预烧粉。3、二次混料将预烧粉与氧化锆球、无水乙醇按质量比为1∶2∶2装入球磨罐中，充分混合球磨8小时，80～100℃干燥。4、造粒、成型向步骤3干燥后的预烧粉中加入其质量5％的质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液造粒，过120目筛，再用粉末压片机在4MPa压强下将其压制成直径为11.5mm、厚度为5.5mm的圆柱形生坯。5、烧结将步骤4得到的圆柱形生坯在1380℃烧结6小时，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。实施例2在实施例1的步骤5中，将圆柱形生坯在1300℃烧结6小时，其他步骤与实施例1相同，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。实施例3在实施例1的步骤5中，将圆柱形生坯在1340℃烧结6小时，其他步骤与实施例1相同，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。实施例4在实施例1的步骤5中，将圆柱形生坯在1400℃烧结6小时，其他步骤与实施例1相同，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。实施例5在实施例1的步骤5中，将圆柱形生坯在1380℃烧结2小时，其他步骤与实施例1相同，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。实施例6在实施例1的步骤5中，将圆柱形生坯在1380℃烧结10小时，其他步骤与实施例1相同，得到低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料。采用RagukuD/Max2550(Japan)型X射线衍射仪对实施例1～6制备的低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料进行表征，结果见图1。由图1可见，实施例1～6制备的微波介质陶瓷材料的物相为Li2Mg3ZrO6，同时含有微量的ZrO2杂相。专利技术人将实施例1～6制备的低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料研磨抛光后加工成直径为9～10mm、高5mm的圆柱，用矢量网络分析仪、闭腔谐振法配合高低温温箱测试陶瓷微波介电性能，结果见表1。表1本专利技术微波介质陶瓷材料的介电性能和烧结特性由表1可见，实施例1～6制备的钛酸镁锂微波介质陶瓷材料均具有低介电常数，高Q×f值，其烧结温度范围宽(1300～1400℃之间)且性能稳定，是一种新型的具有低介电常数和优异的微波介电性能的微波介质陶瓷材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料，其特征在于：该陶瓷材料的化学组成为Li2Mg3ZrO6，其介电常数为11.8～12.6，介电损耗为0.000097～0.00015，Q×f为61000～86000GHz，谐振频率温度系数为‑40～‑33ppm/℃。

【技术特征摘要】
1.一种低介电常数锆酸镁锂微波介质陶瓷材料，其特征在于：该陶瓷材料的化学组成为Li2Mg3ZrO6，其介电常数为11.8～12.6，介电损耗为0.000097～0.00015，Q×f为61000～86000GHz，谐振频率温度系数为-40～-33ppm/℃；它由下述方法制备而成：(1)混料按照Li2Mg3ZrO6的化学计量比称取原料纯度大于99.9％的Li2CO3粉、MgO粉、ZrO2粉，将原料与氧化锆球、无水乙醇按质量比为1∶2∶2装入球磨罐中，充分混合球磨6～10小时，80～100℃干燥；(2)预烧将步骤(1)干燥后的混合物在1100～1300℃预烧4～6小时，制备成预烧粉；(3)二次混料将预烧粉与氧化锆球、无...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，付志粉，马建立，赵小刚，陈晓明，冯琴琴，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61